Диполь это химия кратко

Обновлено: 02.07.2024

Магнитное поле сферы с северным магнитным полюсом вверху и южным магнитным полюсом внизу. По сравнению, земной шар имеет юг магнитный полюс около его северного географического полюса и север магнитный полюс около его южного полюса.

В электромагнетизм, есть два вида диполи:

An электрический диполь занимается разделением положительных и отрицательных зарядов в любых электромагнитный система. Простой пример этой системы - пара электрические заряды равной величины, но противоположного знака, разделенные обычно небольшим расстоянием. (Постоянный электрический диполь называется электрет.)
А магнитный диполь закрытый тираж электрический ток система. Простым примером является одиночный виток провода с постоянным током через него. А стержневой магнит пример магнита с постоянным магнитный дипольный момент. [1][2]

Для магнитной (дипольной) токовой петли магнитный дипольный момент указывает через петлю (согласно правило захвата правой рукой), с величиной, равной току в петле, умноженному на площадь петли.

Подобно петлям магнитного тока, электрон частица и некоторые другие элементарные частицы имеют магнитные дипольные моменты, поскольку электрон генерирует магнитное поле идентично тому, что генерируется очень маленькой токовой петлей. Однако магнитный дипольный момент электрона возникает не из-за токовой петли, а из-за внутренний свойство электрона. [3] Электрон может также иметь электрический дипольный момент, хотя такого еще не наблюдалось (см. электрический дипольный момент электрона).

Контурный участок электростатический потенциал горизонтально ориентированного электрического диполя бесконечно малых размеров. Яркие цвета указывают на самый высокий и самый низкий потенциал (где расположены противоположные заряды диполя).

Единственные известные механизмы создания магнитных диполей - это токовые петли или квантово-механические вращение с момента существования магнитные монополи никогда не было экспериментально продемонстрировано.

Содержание

Классификация

А физический диполь состоит из двух равных и противоположных точечных зарядов: в прямом смысле двух полюсов. Его поле на больших расстояниях (т.е. на расстояниях, больших по сравнению с разделением полюсов) почти полностью зависит от дипольного момента, как определено выше. А точечный (электрический) диполь это предел, достигаемый за счет стремления расстояния к 0 при сохранении фиксированного дипольного момента. Поле точечного диполя имеет особенно простой вид, и член порядка 1 в мультипольное расширение и есть поле точечного диполя.

Хотя нет никаких известных магнитные монополи в природе существуют магнитные диполи в виде квантово-механических вращение связаны с такими частицами, как электроны (хотя точное описание таких эффектов выходит за рамки классического электромагнетизма). Теоретическая магнитная точечный диполь имеет магнитное поле точно такой же формы, как электрическое поле точечного электрического диполя. Очень маленькая токоведущая петля - это примерно точечный магнитный диполь; магнитный дипольный момент такой петли является произведением тока, протекающего в петле, и (векторной) площади петли.

Молекулярные диполи

Много молекулы имеют такие дипольные моменты из-за неравномерного распределения положительных и отрицательных зарядов на различных атомах. Так обстоит дело с полярными соединениями, такими как фтороводород (HF), где электронная плотность распределяется между атомами неравномерно. Следовательно, диполь молекулы - это электрический диполь с собственным электрическим полем, которое не следует путать с магнитный диполь который генерирует магнитное поле.

Физик-химик Питер Дж. В. Дебай был первым ученым, широко изучившим молекулярные диполи, и, как следствие, дипольные моменты измеряются в единицах, названных дебай в его честь.

Для молекул существует три типа диполей:

Постоянные диполи Это происходит, когда два атома в молекуле имеют существенно разные электроотрицательность: Один атом притягивает электроны больше, чем другой, становясь более отрицательным, в то время как другой атом становится более положительным. Молекула с постоянным дипольным моментом называется полярный молекула. Видеть диполь-дипольные притяжения. Мгновенные диполи Это происходит случайно, когда электроны оказываются более сосредоточенными в одном месте, чем в другом в молекула, создавая временный диполь. Эти диполи меньше по величине, чем постоянные диполи, но все же играют большую роль в химии и биохимии из-за их распространенности. Видеть мгновенный диполь. Индуцированные диполи Это может произойти, когда одна молекула с постоянным диполем отталкивает электроны другой молекулы, побуждение дипольный момент в этой молекуле. Молекула - это поляризованный когда он несет индуцированный диполь. Видеть индуцированное дипольное притяжение.

В более общем смысле, индуцированный диполь любой поляризуемое распределение заряда ρ (помните, что молекула имеет распределение заряда) возникает под действием внешнего электрического поля ρ. Это поле может, например, происходить от иона или полярной молекулы в окрестности ρ или может быть макроскопическим (например, молекула между пластинами заряженного конденсатор). Величина наведенного дипольного момента равна произведению силы внешнего поля и дипольного поляризуемость из ρ.

Значения дипольного момента могут быть получены путем измерения диэлектрическая постоянная. Некоторые типичные значения газовой фазы в дебай единицы: [7]

: 0 : 0,112 Д : 0,53 D : 1.17 D : 1.85 D : 2.98 D : 4,27 D : 10.41 D

Бромид калия (KBr) имеет один из самых высоких дипольных моментов, потому что он ионное соединение который существует в виде молекулы в газовой фазе.

Общий дипольный момент молекулы можно аппроксимировать как векторная сумма из дипольные моменты связи. Как векторная сумма он зависит от относительной ориентации связей, так что из дипольного момента можно вывести информацию о молекулярная геометрия.

Например, нулевой диполь CO₂ означает, что два дипольных момента связи C = O сокращаются, так что молекула должна быть линейной. Для ч₂О моменты связи O-H не сокращаются, потому что молекула изогнута. Для озона (O₃), которая также является изогнутой молекулой, дипольные моменты связи не равны нулю, даже если связи O-O находятся между одинаковыми атомами. Это согласуется со структурами Льюиса для резонансных форм озона, которые показывают положительный заряд на центральном атоме кислорода.

Примером в органической химии роли геометрии в определении дипольного момента является СНГ и транс изомеры из 1,2-дихлорэтен. в СНГ изомера две полярные связи C-Cl находятся на одной стороне двойной связи C = C, а молекулярный дипольный момент составляет 1,90 D. транс изомера, дипольный момент равен нулю, потому что две связи C-Cl находятся на противоположных сторонах от C = C и сокращаются (и два момента связи для гораздо менее полярных связей C-H также отменяются).

Другой пример роли молекулярной геометрии: трифторид бора, имеющий три полярные связи с разницей в электроотрицательность больше, чем традиционно цитируемый порог 1,7 для ионная связь. Однако из-за равностороннего треугольного распределения ионов фтора вокруг катионного центра бора молекула в целом не показывает никакого идентифицируемого полюса: нельзя построить плоскость, которая делит молекулу на чистую отрицательную часть и чистую положительную часть.

Квантово-механический дипольный оператор

Рассмотрим набор N частицы с зарядами q_я и векторы положения р_я. Например, этот набор может быть молекулой, состоящей из электронов, все с обвинять −е, а ядра с зарядом eZ_я, куда Z_я это атомный номер из я -го ядра. дипольная наблюдаемая (физическая величина) имеет квантово-механическую дипольный оператор: [ нужна цитата ]

Обратите внимание, что это определение действительно только для нейтральных атомов или молекул, т.е. полный заряд равен нулю. В ионизированном случае имеем

Атомные диполи

Невырожденный (S-состояние) атом может иметь только нулевой постоянный диполь. Этот факт квантово-механически следует из инверсионной симметрии атомов. Все 3 компоненты дипольного оператора антисимметричны относительно инверсия по отношению к ядру,

Постоянный дипольный момент атома в невырожденном состоянии (см. вырожденный уровень энергии) задается как математическое ожидание (среднее) значение дипольного оператора,

Поле статического магнитного диполя

Величина

Напряженность поля в дальней зоне, B, дипольного магнитного поля определяется выражением

B - напряженность поля, измеренная в теслас р расстояние от центра, измеренное в метрах λ - магнитная широта (равная 90 ° -θ) куда θ магнитная широта, измеренная в радианы или же градусы от оси диполя [примечание 1] м - дипольный момент, измеренный в ампер-квадратные метры или джоули на тесла μ₀ это проницаемость свободного пространства, измеряется в Генри за метр.

Преобразование в цилиндрические координаты осуществляется с помощью р 2 = z 2 + ρ 2 и

куда ρ перпендикулярное расстояние от z-ось. Потом,

Векторная форма

Само поле является векторной величиной:

B это поле р - вектор от положения диполя до положения, в котором измеряется поле р абсолютное значение р: расстояние от диполя р = р / р - единичный вектор, параллельный р; м - (векторный) дипольный момент μ₀ проницаемость свободного пространства

Это точно поле точечного диполя, точно дипольный член в мультипольном разложении произвольного поля, и примерно поле любой дипольной конфигурации на больших расстояниях.

Магнитный векторный потенциал

В векторный потенциал А магнитного диполя

с теми же определениями, что и выше.

Поле от электрического диполя

В электростатический потенциал на позиции р из-за электрического диполя в начале координат определяется выражением:

Этот термин появляется как второй член в мультипольное расширение произвольного электростатического потенциала Φ (р). Если источник Φ (р) является диполем, как здесь предполагается, этот член является единственным отличным от нуля членом в мультипольном разложении Φ (р). В электрическое поле от диполя можно найти из градиент этого потенциала:

Крутящий момент на диполе

Поскольку направление электрическое поле определяется как направление силы на положительный заряд, силовые линии электрического поля направлены от положительного заряда в сторону отрицательного заряда.

При помещении в однородную электрический или же магнитное поле, равный, но противоположный силы возникают с каждой стороны диполя, создавая крутящий момент τ >:

для магнитный дипольный момент м (в ампер-квадратных метрах).

Результирующий крутящий момент будет стремиться выровнять диполь с приложенным полем, что в случае электрического диполя дает потенциальную энергию

Аналогичным образом определяется энергия магнитного диполя.

Дипольное излучение

Модуль вектора Пойнтинга для колеблющегося электрического диполя (точное решение). Два заряда показаны двумя маленькими черными точками.

В дополнение к диполям в электростатике также принято рассматривать электрический или магнитный диполь, который колеблется во времени. Это расширение или более физический следующий шаг к сферическая волна радиация.

В частности, рассмотрим гармонически колеблющийся электрический диполь с угловая частота ω и дипольный момент п₀ вдоль ẑ направление формы

п ( р , т ) = п ( р ) е − я ω т = п 0 z ^ е − я ω т . (mathbf , t) = mathbf

(mathbf ) e ^ = p_ >> e ^ .>

В вакууме точное поле, создаваемое этим колеблющимся диполем, может быть получено с помощью запаздывающий потенциал формулировка как:

За rω / c 1, дальнее поле принимает более простую форму излучающей "сферической" волны, но с угловой зависимостью, встроенной в перекрестное произведение: [10]

B = ω 2 4 π ε 0 c 3 ( р ^ × п ) е я ω ( р / c − т ) р = ω 2 μ 0 п 0 4 π c ( р ^ × z ^ ) е я ω ( р / c − т ) р = − ω 2 μ 0 п 0 4 π c грех ⁡ ( θ ) е я ω ( р / c − т ) р ϕ ^ E = c B × р ^ = − ω 2 μ 0 п 0 4 π грех ⁡ ( θ ) ( ϕ ^ × р ^ ) е я ω ( р / c − т ) р = − ω 2 μ 0 п 0 4 π грех ⁡ ( θ ) е я ω ( р / c − т ) р θ ^ . mathbf & = > c ^ >> (>> imes mathbf

) > > = mu _ p_ > > (>> imes >>) > > = - mu _ p_ < 0>> > sin (heta) > > mathbf > mathbf & = cmathbf imes < hat > = - mu _ p_ > > sin (heta) left (> imes mathbf > ight) > > = - mu _ p_ > > sin (heta) > > >. конец >>

Усредненное по времени Вектор Пойнтинга

не распределяется изотропно, а концентрируется вокруг направлений, лежащих перпендикулярно дипольному моменту, в результате несферических электрических и магнитных волн. Фактически, сферическая гармоника функция (грех θ) ответственны за такие тороидальный угловое распределение в точности соответствует л = 1 волна "p".

Полная средняя по времени мощность, излучаемая полем, затем может быть получена из вектора Пойнтинга как

Обратите внимание, что зависимость мощности от четвертой степени частоты излучения находится в соответствии с Рэлеевское рассеяние, и лежащие в основе эффекты, почему небо состоит в основном из синего цвета.

Диполь с круговой поляризацией описывается как суперпозиция двух линейных диполей.

ДИПОЛЬ, молекула с разделенным электрическим зарядом. В КОВАЛЕНТНОЙ СВЯЗИ между двумя атомами пары электронов не обязательно равномерно распределены между атомами. В хлориде водорода (НСl) электроны притягиваются к атому хлора, имеющему больший отрицательный заряд, увеличивая его, и оставляя равный по величине положительный заряд на атоме водорода. Диполи определяют химические свойства молекул. У магнитных веществ диполи имеют полюса - северный и южный; их можно упорядочить для усиления магнитных свойств или нарушить упорядоченность для их ослабления.

Научно-технический энциклопедический словарь .

Смотреть что такое "ДИПОЛЬ" в других словарях:

ДИПОЛЬ — (от греч. di приставка, означающая дважды, двойной, и polos полюс) электрический, совокупность двух равных по абс. величине разноимённых точечных зарядов (+е, е), находящихся на нек ром расстоянии l друг от друга. Осн. хар кой электрич. Д. явл.… … Физическая энциклопедия

ДИПОЛЬ — (от ди. и греч. polos полюс) 1) электрический диполь совокупность двух точечных электрических зарядов, равных по величине и противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии друг от друга;2) магнитный диполь совокупность двух равных … Большой Энциклопедический словарь

диполь — антенна Словарь русских синонимов. диполь сущ., кол во синонимов: 1 • антенна (17) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

диполь — я, м. dipôle < di(s) + polos полюс. 1. физ. Совокупность двух равных по ведичине электрических зарядов, расположенных на некотором расстонии друг от друга. Крысин 1998. 2. техн. Один из типов антенн для коротких волн. Крысин 1998. Антенна… … Исторический словарь галлицизмов русского языка

диполь — Совокупность двух частиц, находящихся одна от другой на расстоянии, много большем размера частиц и много меньшем расстояния от частиц до точек наблюдения, и обладающих электрическими зарядами, равными по абсолютному значению, но противоположными… … Справочник технического переводчика

Диполь — (от греческого di приставка, означающая дважды, двойной, polos полюс) гидродинамический точечная особенность в поле безвихревого течения идеальной несжимаемой жидкости, которая представляет собой предельное состояние источников и стоков равной… … Энциклопедия техники

ДИПОЛЬ — антенна, представляющая собой короткий горизонтальный или вертикальный провод, в середине к рого подводится энергия от радиопередатчика или отбирается энергия для радиоприемника. Д. применяется при работе на коротких и ультракоротких волнах и… … Технический железнодорожный словарь

ДИПОЛЬ — система двух разноименных равных по величине зарядов (электрических или магнитных), находящихся в непосредственной близости друг от друга. Д. характеризуется своим моментом, представляющим собой вектор, направленный от отрицательного заряда к… … Геологическая энциклопедия

диполь — dipole Dipol – 1) Двополюсник. Розрізняють Д. електричний і магнітний. Електричний Д. – сукупність двох рівних за абсолютною величиною різнойменних зарядів, які знаходяться на певній відстані один від одного. Характеристикою Д. електричного є… … Гірничий енциклопедичний словник

диполь — – электронейтральная частица, в которой центры частично отрицательного и частично положительного зарядов не совпадают в пространстве. Общая химия : учебник / А. В. Жолнин [1] … Химические термины

Межмолекулярные взаимодействия – это взаимодействия между молекулами, которые не сопровождаются образованием новых ковалентных связей, однако определяют силы притяжения между молекулами, а тем самым – фазовое состояние и физические свойства органических соединений. Эти силы имеют электрическую природу и обусловлены следующими составляющими:

Диполь-дипольное межмолекулярное взаимодействие

Дисперсионное межмолекулярное взаимодействие

Упомянутые выше межмолекулярные взаимодействия составляют основу неспецифической сольватации органических соединений. Накопление взаимодействий индуцированных полей может быть причиной заметных изменений физических свойств органических соединений, и прежде всего температур их кипения и плавления.

Значение межмолекулярных взаимодействий

Эффекты межмолекулярных взаимодействий объясняют способность низкомолекулярных соединений существовать в виде жидких и твердых веществ.

Конечно, указанные выше взаимодействия между молекулами возможны и внутри молекул, если они содержат соответствующие функциональные группы и фрагменты. Особенно это относится к высокомолекулярным соединениям. Водородные связи, взаимодействия диполь – диполь, диполь – индуцированный диполь и дисперсионные силы в значительной мере определяют пространственную структуру сложных биологически важных соединений (белков, углеводов и т.д.)

Список литературы: Органическая химия: Учебник для ВУЗов, Травень В.Ф., Москва, Академкнига, 2004 год
Автор: Травень В.Ф.
Источник: Органическая химия: Учебник для ВУЗов, Травень В.Ф., Москва, Академкнига, 2004 год
Дата в источнике: 2004 год

Электрическим диполем (диполем) называют систему, состоящую из двух равных, но противоположных по знаку точечных электрических зарядов, расположенных на некотором расстоянии друг от друга (плечо диполя).

Основной характеристикой диполя (рис. 12.5) является его электрический момент (дипольный момент) — вектор, равный произведению заряда на плечо диполя l, направленный от отрицательного заряда к положительному:

(12.19)

Единицей электрического момента диполя является кулон-метр. Поместим диполь в однородное электрическое поле напряженностью (рис. 12.6).

На каждый из зарядов диполя действуют силы и , эти силы равны по модулю, противоположно направлены и создают момент пары сил. Как видно из рисунка, он равен

М = qElsin a = pEsin a, (12.20) или в векторной форме . (12.21)

Таким образом, на диполь в однородном электрическом поле действует момент силы, зависящий от электрического момента и ориентации диполя, а также напряженности поля.

Рассмотрим теперь диполь в неоднородном электрическом поле. Предположим, что диполь расположен вдоль силовой линии (рис. 12.7). На него действуют силы

где Е₊ и Е_ — напряженности поля соответственно в месте нахождения положительного и отрицательного зарядов (на рис. 12.7 Е_- > Е₊). Значение равнодействующей этих сил

Введем отношение (Е_ - Е₊)/l, характеризующее среднее изменение напряженности, приходящееся на единицу длины плеча диполя. Так как обычно плечо невелико, то приближенно можно считать

где dE/dx — производная от напряженности электрического поля по направлению оси ОХ, являющаяся мерой неоднородности электрического поля вдоль соответствующего направления. Из (12.23)следует, что

тогда формулу (12.22) можно представить в виде

(12.24)

Итак, на диполь действует сила, зависящая от его электрического момента и степени неоднородности поля dE/dx. Если диполь ориентирован в неоднородном электрическом поле не вдоль силовой линии, то на него дополнительно действует еще и момент силы. Таким образом, свободный диполь ориентируется вдоль силовых линий и втягивается в область больших значений напряженности поля.

До сих пор рассматривался диполь, помещенный в электрическое поле, однако сам диполь также является источником поля. На основании (12.18) запишем выражение для электрического потенциала поля, созданного диполем, в некоторой точке А, удаленной от зарядов соответственно на расстояния гиг, (рис. 12.8):

(12.25)

Читайте также: